CN109451536B - 一种减少LoRa通信丢包率的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于LoRa通信领域，提供了一种减少LoRa通信丢包率的方法，包括LoRa服务器，若干个连接所述LoRa服务器的LoRa网关，若干个连接所述LoRa网关的LoRa终端设备，所述LoRa服务器、所述LoRa网关及所述LoRa终端设备通信均采用LoRaWAN协议，解决当多个节点几乎同时使用同一个信道传输数据的情况，增加了互相干扰的概率，导致丢包的技术问题。
Description
技术领域
本发明属于LoRa通信领域，尤其涉及一种减少LoRa通信丢包率的方法。
背景技术
当LoRa网络中节点数量很大时，就会出现多个节点几乎同时使用同一个信道传输数据的情况，这样就大大增加了互相干扰的概率，导致丢包。本发明通过网关将统计到的当前各个解调信道的使用情况广播到各个设备，让设备挑一个合适的信道及时间点进行发送，可以有效地较少上述因素导致的丢包。
发明内容
本发明的目的在于提供一种减少LoRa通信丢包率的方法，旨在解决当多个节点几乎同时使用同一个信道传输数据的情况，增加了互相干扰的概率，导致丢包的技术问题。
本发明是这样实现的，一种减少LoRa通信丢包率的方法，包括LoRa服务器，若干个连接所述LoRa服务器的LoRa网关，若干个连接所述LoRa网关的LoRa终端设备，所述LoRa服务器、所述LoRa网关及所述LoRa终端设备通信均采用LoRaWAN协议，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：LoRa终端设备在发送数据之前先侦听LoRa网关信道上的RSSI，并判断RSSI是否大于所设门限，如是，则信道繁忙，反馈状态并退出，如否，则判断是否超时，如是，则信道空闲，反馈状态并退出，如否，则继续侦听LoRa网关信道上的RSSI；
步骤S2：当LoRa网关接收LoRa终端设备发送的数据时，判断该数据是否为有效上行数据，如否，则继续接收LoRa终端设备发送的数据，如是，则进行解调该上行数据，获取该上行数据的扩频因子及当前所用信道，计算解调该上行数据当前已经花费的时间T1，获取解调使用该扩频因子的上行数据所花的最大时间T2，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3，通过LoRa网关将信道信息、扩频因子及时间T3的内容周期性广播出去，判断是否解调完成，如否，则继续判断是否解调完成，如是，则将整个解调时间插入该扩频因子对应的队列，计算队列中的时间最大值赋给时间T2，将时间T2保存到Flash中，并返回继续接收LoRa终端设备发送的数据，其中，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3具体包括：判断Flash中是否已经存在时间T2，如否，则设置T2为默认值并保存到Flash，根据T3＝T2-T1进行计算，如是，则直接根据T3＝T2-T1进行计算；
步骤S3：当LoRa终端设备准备发送上行数据时，判断是否需要发送上行数据，如否，则返回判断是否需要发送上行数据，如是，则选取上一次发送上行数据所采用的扩频因子，产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进行上行数据发送，如否，则判断是否重复了N次，如否，则返回产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进入LoRa网关接收模式，判断是否接收超时，如是，则宣告本次发送失败，进行结束，如否，则判断是否收到LoRa网关有效信息，如否，则返回判断是否接收超时，如是，则解析所述有效信息，获取当前LoRa网关的各个信道解调情况，选出LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间T4所对应的信道，在时间T4至两倍时间T4的时间区间内取一个随机开始发送所需等待的时间T5，等待时间T5结束，在发送数据之前先侦听信道是否空闲，如是，则发送上行数据，如否，则判断是否重复了N次，如是，则在当前扩频因子与扩频因子12之间随机选取一个扩频因子在LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间对应的信道上直接发送，进行结束，如否，则返回进入LoRa网关接收模式。
本发明的进一步技术方案是：所述LoRa网关为采用全双工网关。
本发明的进一步技术方案是：所述LoRa网关之间的距离为FSK模式下通信的最远距离的1.2倍-1.4倍。
本发明的有益效果是：采用数次侦听信道是否空闲的机制后仍找不到空闲信道的情况下，直接获取当前LoRa网关在各个信道的解调情况，预判最快空闲的信道及其开始空闲的大致时间点，能比较准确地找到合适的信道及适宜发送的时间，较大程度地补了在侦听信道是否空闲的机制中随机侦听各个信道产生的不确定性或轮流侦听时产生的滞后性导致可能总找不到一个空闲的信道的缺点，充分地利用了LoRa终端设备及LoRa网关的射频单元上的快速FSK通道专门作为传递当前LoRa网关各个解调信道的使用情况，能快速地通知到LoRa终端设备，在当前LoRa网络中LoRa终端设备大多都是同种类型的应用场合下，LoRa网关通过统计采用各个扩频因子解调时所花的时间，根据最近的历史记录，预判出解调完成时的大致时间点，从而把各个信道开始空闲的时间点的信息提供给LoRa终端设备，并能够根据实际的使用情况进行动态调整，充分地利用了LoRa网络中的每一个信道。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的硬件结构图；
图2是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的LoRa网关覆盖图；
图3是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的LoRa网关的全双工网关硬件框图；
图4是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的LBT的处理流程图；
图5是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的LoRa网关的处理流程图；
图6是本发明实施例提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法的LoRa终端设备的处理流程图。
具体实施方式
图1-6示出了本发明提供的一种减少LoRa通信丢包率的方法，包括LoRa服务器，若干个连接所述LoRa服务器的LoRa网关，若干个连接所述LoRa网关的LoRa终端设备，所述LoRa服务器、所述LoRa网关及所述LoRa终端设备通信均采用LoRaWAN协议，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：LoRa终端设备在发送数据之前先侦听LoRa网关信道上的RSSI(接收信号强度指示)，并判断RSSI是否大于所设门限，如是，则信道繁忙，反馈状态并退出，如否，则判断是否超时，如是，则信道空闲，反馈状态并退出，如否，则继续侦听LoRa网关信道上的RSSI；
步骤S2：当LoRa网关接收LoRa终端设备发送的数据时，判断该数据是否为有效上行数据，如否，则继续接收LoRa终端设备发送的数据，如是，则进行解调该上行数据，获取该上行数据的扩频因子及当前所用信道，计算解调该上行数据当前已经花费的时间T1，获取解调使用该扩频因子的上行数据所花的最大时间T2，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3，通过LoRa网关将信道信息、扩频因子及时间T3的内容周期性广播出去，判断是否解调完成，如否，则继续判断是否解调完成，如是，则将整个解调时间插入该扩频因子对应的队列，计算队列中的时间最大值赋给时间T2，将时间T2保存到Flash中，并返回继续接收LoRa终端设备发送的数据，其中，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3具体包括：判断Flash中是否已经存在时间T2，如否，则设置T2为默认值并保存到Flash，根据T3＝T2-T1进行计算，如是，则直接根据T3＝T2-T1进行计算；
步骤S3：当LoRa终端设备准备发送上行数据时，判断是否需要发送上行数据，如否，则返回判断是否需要发送上行数据，如是，则选取上一次发送上行数据所采用的扩频因子，产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进行上行数据发送，如否，则判断是否重复了N(当前LoRa网络的最大信道数)次，如否，则返回产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进入LoRa网关接收模式，判断是否接收超时，如是，则宣告本次发送失败，进行结束，如否，则判断是否收到LoRa网关有效信息，如否，则返回判断是否接收超时，如是，则解析所述有效信息，获取当前LoRa网关的各个信道解调情况，选出LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间T4所对应的信道，在时间T4至两倍时间T4的时间区间内取一个随机开始发送所需等待的时间T5，等待时间T5结束，在发送数据之前先侦听信道是否空闲(LBT(Listen Before Talk))，如是，则发送上行数据，如否，则判断是否重复了N(当前LoRa网络的最大信道数)次，如是，则在当前扩频因子与扩频因子12(LoRa中定义的最大扩频因子)之间随机选取一个扩频因子在LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间对应的信道上直接发送，进行结束，如否，则返回进入LoRa网关接收模式。
所述LoRa网关为采用全双工网关。
所述LoRa网关之间的距离为FSK(频移键控)模式下通信的最远距离的1.2倍-1.4倍。
而LoRa网关采用全双工网关，实际部署时LoRa网关跟LoRa网关之间的距离要大于FSK(频移键控)模式下通信的最远距离，其中全双工网关的硬件，由两片sx1301等sx130x系列的射频芯片及其它所必须的硬件外围电路组成，其中每片射频芯片上有一个特殊的FSK(频移键控)通道。
采用数次侦听信道是否空闲的机制后仍找不到空闲信道的情况下，直接获取当前LoRa网关在各个信道的解调情况，预判最快空闲的信道及其开始空闲的大致时间点，能比较准确地找到合适的信道及适宜发送的时间，较大程度地补了在侦听信道是否空闲的机制中随机侦听各个信道产生的不确定性或轮流侦听时产生的滞后性导致可能总找不到一个空闲的信道的缺点，充分地利用了LoRa终端设备及LoRa网关的射频单元上的快速FSK通道专门作为传递当前LoRa网关各个解调信道的使用情况，能快速地通知到LoRa终端设备，在当前LoRa网络中LoRa终端设备大多都是同种类型的应用场合下，LoRa网关通过统计采用各个扩频因子解调时所花的时间，根据最近的历史记录，预判出解调完成时的大致时间点，从而把各个信道开始空闲的时间点的信息提供给LoRa终端设备，并能够根据实际的使用情况进行动态调整，充分地利用了LoRa网络中的每一个信道。
附图中的SF：表示扩频因子，CH表示LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间对应的信道，LBT(Listen Before Talk)表示在发送数据之前先侦听信道是否空闲。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (3)
1.一种减少LoRa通信丢包率的方法，包括LoRa服务器，若干个连接所述LoRa服务器的LoRa网关，若干个连接所述LoRa网关的LoRa终端设备，所述LoRa服务器、所述LoRa网关及所述LoRa终端设备通信均采用LoRaWAN协议，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤S1：LoRa终端设备在发送数据之前先侦听LoRa网关信道上的RSSI，并判断RSSI是否大于所设门限，如是，则信道繁忙，反馈状态并退出，如否，则判断是否超时，如是，则信道空闲，反馈状态并退出，如否，则继续侦听LoRa网关信道上的RSSI；
步骤S2：当LoRa网关接收LoRa终端设备发送的数据时，判断该数据是否为有效上行数据，如否，则继续接收LoRa终端设备发送的数据，如是，则进行解调该上行数据，获取该上行数据的扩频因子及当前所用信道，计算解调该上行数据当前已经花费的时间T1，获取解调使用该扩频因子的上行数据所花的最大时间T2，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3，通过LoRa网关将信道信息、扩频因子及时间T3的内容周期性广播出去，判断是否解调完成，如否，则继续判断是否解调完成，如是，则将整个解调时间插入该扩频因子对应的队列，计算队列中的时间最大值赋给时间T2，将时间T2保存到Flash中，并返回继续接收LoRa终端设备发送的数据，其中，计算出当前解调信道变空闲所需等待的时间T3具体包括：判断Flash中是否已经存在时间T2，如否，则设置T2为默认值并保存到Flash，根据T3＝T2-T1进行计算，如是，则直接根据T3＝T2-T1进行计算；
步骤S3：当LoRa终端设备准备发送上行数据时，判断是否需要发送上行数据，如否，则返回判断是否需要发送上行数据，如是，则选取上一次发送上行数据所采用的扩频因子，产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进行上行数据发送，如否，则判断是否重复了N次，如否，则返回产生一个伪随机数，随机选择一个信道，判断该信道是否空闲，如是，则进入LoRa网关接收模式，判断是否接收超时，如是，则宣告本次发送失败，进行结束，如否，则判断是否收到LoRa网关有效信息，如否，则返回判断是否接收超时，如是，则解析所述有效信息，获取当前LoRa网关的各个信道解调情况，选出LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间T4所对应的信道，在时间T4至两倍时间T4的时间区间内取一个随机开始发送所需等待的时间T5，等待时间T5结束，在发送数据之前先侦听信道是否空闲，如是，则发送上行数据，如否，则判断是否重复了N次，如是，则在当前扩频因子与扩频因子12之间随机选取一个扩频因子在LoRa网关传给LoRa终端设备的多个时间值中最短的时间对应的信道上直接发送，进行结束，如否，则返回进入LoRa网关接收模式。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LoRa网关为采用全双工网关。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述LoRa网关之间的距离为FSK模式下通信的最远距离的1.2倍-1.4倍。
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